Ветроэнергетическая установка



Ветроэнергетическая установка
Ветроэнергетическая установка

 


Владельцы патента RU 2490514:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станций. Установка содержит преобразователь энергии, кольцевой понтон, снабженный системой поворотных вертикальных лопастей и посредством гибких тяг связанный со ступицей преобразователя энергии, установленного на дополнительном понтоне. С возможностью вращения вокруг дополнительного понтона размещен кольцевой понтон. В составе установки использовано предпочтительно два одинаковых узла, каждый из которых содержит кольцевой и дополнительный понтоны, оборудован поворотными вертикальными лопастями и преобразователем энергии. Направления вращения кольцевых понтонов выполнены противоположными. Дополнительные понтоны жестко связаны жесткой балкой. В состав установки введены водоизмещающие корпуса, жестко зафиксированные на линии, проходящей через центральную точку жесткой балки, предпочтительно на одинаковых расстояниях от нее. Установка обеспечивает снижение потерь энергии при работе, компенсацию момента вращения ротора, а также возможность маневрирования без применения дополнительных устройств. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области малой энергетики и может быть использовано для создания ветроэнергетических станций.

Известна ветроэнергетическая установка с преобразователем энергии, установленным на плавучем основании (понтоне) (см., например, "WINDFLOAT: A Floating Foundation for Offshore Wind Turbines. Part 1: Design Basis and Qualification Process"/ Proceedings of the ASME 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE2009, Honolulu, USA).

Недостатками этого решения являются плохая стабильность углового положения установки на волнах и необходимость использования активной балластной системы для выравнивания плавучего основания при смене направления ветра, что приводит к существенным потерям энергии. При этом ветроэнергетическая установка обладает чрезмерно большой материалоемкостью из-за протяженного плавучего основания с балластной системой.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, снабженный системой поворотных вертикальных лопастей и посредством гибких тяг связанный со ступицей преобразователя энергии, установленного на дополнительном понтоне, с возможностью вращения вокруг которого размещен кольцевой понтон (патент РФ №2330786, Б.И. №22, 2008 г.)

Недостатками прототипа являются повышенные гидродинамические потери энергии из-за вращения дополнительного понтона, ограниченная мощность (крутящий момент не может превышать момент гидродинамического сопротивления дополнительного понтона), сложность конструкции и управления направлением перемещения установки, а также потери энергии на управление положением водяных лопастей-рулей.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, выражается в повышении мощности и энергетической эффективности ветроэнергетической установки.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в снижении потерь энергии при работе ветроэнергетической установки, в достижении компенсации момента вращения ротора, в возможности маневрировать установкой без применения дополнительных устройств.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, снабженный системой поворотных вертикальных лопастей и посредством гибких тяг связанный со ступицей преобразователя энергии, установленного на дополнительном понтоне, с возможностью вращения вокруг которого размещен кольцевой понтон, отличается тем, что в составе установки использовано предпочтительно два одинаковых узла, каждый из которых содержит кольцевой и дополнительный понтоны, оборудован поворотными вертикальными лопастями и преобразователем энергии, при этом направления вращения кольцевых понтонов приняты противоположными, кроме того, дополнительные понтоны жестко связаны жесткой балкой, причем в состав установки введены водоизмещающие корпуса, жестко зафиксированные на линии, проходящую через центральную точку жесткой балки, предпочтительно на одинаковых расстояниях от нее.

Кроме того, расстояние между центрами дополнительных понтонов составляет от полутора до трех диаметров кольцевого понтона,, а расстояние между центрами водоизмещающих корпусов составляет от одного до двух от диаметров кольцевого понтона.

Кроме того, водоизмещающие корпуса выполнены вытянутыми вдоль линии, их соединяющей, а жесткая балка выполнена составной, проходящей через водоизмещающие корпуса.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».

При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки "…в составе установки использовано предпочтительно два одинаковых узла, каждый из которых содержит кольцевой и дополнительный понтоны, оборудован поворотными вертикальными лопастями и преобразователем энергии, при этом направления вращения кольцевых понтонов приняты противоположными" и "…дополнительные понтоны жестко связаны жесткой балкой" позволяют повысить мощность плавучей ветроэнергетической установки, полностью исключить потери энергии на вращение дополнительных понтонов, а также управлять направлением перемещения установки путем относительного изменения моментов полезной нагрузки на преобразователях энергии отдельных узлов.

Признаки "… в состав установки введены водоизмещающие корпуса, жестко зафиксированные на линии, проходящую через центральную точку жесткой балки, предпочтительно на одинаковых расстояниях от нее " и "… расстояние между центрами водоизмещающих корпусов составляет от одного до двух диаметров кольцевого понтона" позволяют обеспечить стабильность углового положения ветроэнергетической установки при повороте вокруг линии, соединяющей центры кольцевых понтонов.

Признаки второго дополнительного пункта формулы изобретения позволяют снизить аэродинамическое взаимовлияние лопастей, расположенных на разных узлах ветроэнергетической установки, и позволяют обеспечить стабильность углового положения ветроэнергетической установки при повороте вокруг перпендикуляра к линии, соединяющей центры кольцевых понтонов.

Признак, указывающий, что "водоизмещающие корпуса выполнены вытянутыми вдоль линии, их соединяющей, а жесткая балка выполнена составной, проходящей через водоизмещающие корпуса", позволяет обеспечить стабильность углового положения ветроэнергетической установки при повороте вокруг вертикальной оси.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена ветроэнергетическая установка в разрезе. На фиг.2 - вид ветроэнергетической установки сверху. На чертежах обозначено: 1 - центральная башня первого узла, 2 - кольцевая палуба первого узла, 3 - поворотные лопасти ветротурбины первого узла, 4 - гибкие тяги первого узла, 5 - ступица преобразователя энергии первого узла, 6 - кольцевой понтон первого узла, 7 - дополнительный понтон первого узла, 8 - центральная башня второго узла, 9 - кольцевая палуба второго узла, 10 - поворотные лопасти ветротурбины второго узла, 11 - гибкие тяги второго узла, 12 - ступица преобразователя энергии второго узла, 13 - кольцевой понтон второго узла, 14 - дополнительный понтон второго узла, 15 - элементы составной жесткой балки, 16 - водоизмещающие корпуса.

Точками О1 и O2 обозначены центры вращения кольцевых понтонов 6 и 13 соответственно. Точками О3 и О4 обозначены условные центры размещения водоизмещающих корпусов 16.

Ветроэнергетическая установка представляет собой два крупногабаритных плавучих ротора в виде кольцевых понтонов 6 и 13, которые оснащены поворотными лопастями 3 и 10 соответственно (приводы поворота лопастей условно не показаны). Надводные части кольцевых понтонов 6 и 13 (кольцевые палубы 2 и 9) связаны гибкими тягами 4 и 11 со ступицами 5 и 12 преобразователей энергии. Преобразователи энергии (условно не показаны) установлены в центральных башнях 1 и 8, размещенных на водной поверхности так, что они окружены кольцевыми понтонами 6 и 13 соответственно. Дополнительные понтоны 7 и 14 соединены в подводной части (ниже зоны действия поверхностных волн) посредством составной жесткой балки 15. На линии, проходящей через центральную точку жесткой балки 15 на одинаковых расстояниях от нее жестко зафиксированы водоизмещающие корпуса 16, вытянутые вдоль линии, их соединяющей.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. За счет взаимодействия лопастей ветротурбин 3 и 10 с ветровыми потоками кольцевые понтоны 6 и 13 соответствующих узлов установки приводятся во вращение в противоположных направлениях. Через системы гибких тяг 4 и 11 вращаются ступицы 5 и 12 преобразователей энергии обоих узлов установки. Управляя моментом полезной нагрузки преобразователей первого и второго узлов, можно добиться как полной взаимной компенсации момента вращения роторов вокруг вертикальных осей, так и маневрирования установки без помощи дополнительных средств. Наличие жесткой балки 15, соединяющей дополнительные понтоны 7 и 14 первого и второго узлов установки обеспечивают значительную протяженность плавающей конструкции (значительно больше высоты дополнительных понтонов 7 и 14, сравнимую с диаметром ротора) и, как следствие, высокую продольную устойчивость установки. Наличие разнесенных на большой базе (также сравнимой с диаметром ротора) водоизмещающих корпусов 16 обеспечивает высокую поперечную устойчивость установки.

В результате реализации предлагаемого изобретения появляется возможность получать энергию ветра на глубоководных участках океана, гарантированно сохраняя работоспособность и структурную целостность ветроэнергетической установки при воздействии экстремальных ветровой и волновой нагрузок, характерных для открытых акваторий океана, в определенных пределах управлять перемещением и ориентацией установки, используя только узлы установки, непосредственно задействованные в преобразовании энергии.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, кольцевой понтон, снабженный системой поворотных вертикальных лопастей и посредством гибких тяг связанный со ступицей преобразователя энергии, установленного на дополнительном понтоне с возможностью вращения, вокруг которого размещен кольцевой понтон, отличающаяся тем, что в составе установки использовано предпочтительно два одинаковых узла, каждый из которых содержит кольцевой и дополнительный понтоны, оборудован поворотными вертикальными лопастями и преобразователем энергии, при этом направления вращения кольцевых понтонов приняты противоположными, кроме того, дополнительные понтоны жестко связаны жесткой балкой, причем в состав установки введены водоизмещающие корпуса, жестко зафиксированные на линии, проходящей через центральную точку жесткой балки, предпочтительно на одинаковых расстояниях от нее.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между центрами дополнительных понтонов составляет от полутора до трех диаметров кольцевого понтона, а расстояние между центрами водоизмещающих корпусов составляет от одного до двух диаметров кольцевого понтона.

3. Ветроэнергетическая установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что водоизмещающие корпуса выполнены вытянутыми вдоль линии, их соединяющей, а жесткая балка выполнена составной, проходящей через водоизмещающие корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения промышленно значимых мощностей электроэнергии. .

Изобретение относится к электроэнергетике. .

Изобретение относится к ветроэнергетике. .

Изобретение относится к энергетике, к автономным ветроэлектрическим станциям как экологически чистым и наиболее дешевым источникам энергии. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветроэнергетических или в гидроэнергетических установках, которые превращают энергию атмосферных и водных течений в электрическую.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии, например в электрическую. .

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для преобразования энергии океанических, морских и речных течений в электроэнергию. .

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, и может быть использовано в качестве автономного источника электроэнергии, в частности, на зданиях, имеющих достаточную высоту.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке с вертикальной осью и системе генерирования энергии ветра и, в частности, к ветроэнергетической установке с вертикальной осью, содержащей опорную раму; основной вертикальный вал, установленный с возможностью вращения на опорной раме; крепежный элемент, закрепленный на основном вертикальном валу; опорную консоль, прикрепленную одним концом к крепежному элементу; и проходящую по вертикали лопасть, установленную на другом конце опорной консоли, при этом лопасть имеет наклонную часть, образованную на верхнем и нижнем концах, наклоненную внутрь под углом от 30 до 45 градусов по отношению к вертикальной оси основного вала, причем ширина лопасти составляет от 45 до 55% от радиуса орбиты лопасти, когда лопасть вращается вокруг основного вертикального вала.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии, используя энергию ветра при нормальных погодных условиях и при ураганах.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектрогенераторная установка содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы с вращающимися в разные стороны ветроколесами с лопастями, хвостовую плоскость, статорные и роторные элементы. Несущая конструкция выполнена в виде двух соприкасающихся в средней части дуг. К передним концам дуг прикреплены кронштейны крепления обтекателя. К задним концам дуг прикреплены кронштейны крепления хвостовой плоскости. Средняя часть дуг установлена на поворотном устройстве. На самих дугах установлены статорные элементы. Роторные элементы снабжены синхронизирующими зубчатыми венцами. Изобретение направлено на повышение технологичности. 7 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка содержит ветрогенератор с лопастной ветровой турбиной с вертикальным валом вращения, расположенной внутри неподвижного лопастного воздухонаправляющего аппарата с основанием и крышкой, электрогенератор, блок управления, дополнительный источник электроэнергии. Ветроэнергетическая установка снабжена защитным кожухом, оснащенным подвижно соединенными между собой и относительно кожуха консолью и шарнирным валом, установленным в выполненном в защитном кожухе центральном отверстии. Дополнительный источник электроэнергии по первому варианту выполнен в виде ветровоспринимающего рабочего органа, имеющего форму воздушного купола с прикрепленными к последнему стропами и гибкий вал. Одним концом гибкий вал жестко соединен с подвижной консолью защитного кожуха, другим концом подвижно соединен с незакрепленными на воздушном куполе концами строп, объединенными в одной точке механизмом, обеспечивающим вращение воздушного купола относительно гибкого вала. По второму варианту дополнительный источник электроэнергии также выполнен в виде ветровоспринимающего рабочего органа аналогичной формы. Однако содержит планку, к которой жестко прикреплены незакрепленные на воздушном куполе концы строп. Защитный кожух выполнен куполообразной формой с основанием, установленным на крышке воздухонаправляющего аппарата. В результате использования изобретения повышается эффективность эксплуатации ветроэнергетической установки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра. Ветродвигатель содержит установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, которые закреплены на кронштейнах, связанных с вертикальным валом. Вертикальный вал зафиксирован подшипниками качения и сочленен с электрогенератором. Опорой ветродвигателя служит неподвижное основание. Ветродвигатель снабжен дополнительным рабочим колесом и опорой, при этом опоры расположены одна в другой. Вертикальный вал выполнен в виде двух полых валов разной длины, размещенных один в другом и сцепленных в верхней части планетарными зубчатыми колесами. Наружный вал выполнен меньшей длины и опирается на конусный подшипник, установленный над расширенной частью внутреннего вала над внешней опорой. Внутренний вал выполнен большей длины, зафиксирован подшипниками качения и опирается на шариковый подпятник, установленный на внутренней опоре. Верхнее рабочее колесо закреплено на верхней части наружного вала, а нижнее рабочее колесо закреплено на нижней части внутреннего вала. Изобретение позволяет повысить КПД. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии средне-скоростных ветров в электроэнергию. Энергокомплекс состоит из несущей мачты, на вершине которой имеется поворотный узел с радиально и противоположно направленными траверсами равной длины, на которых установлены, по меньшей мере, две идентичные опорные решетки. В равновеликих ячейках решеток размещены виндроторы с одинаковыми массогабаритными данными, их ортогональные турбины объединены в блоки на вертикальных валах, передающих вращение на через 1-2 ступенчатые мультипликаторы. Решетки симметрично мачте сходятся в вертикальных плоскостях под острым углом, а их центры тяжести в сборе с виндроторами сбалансированы относительно оси вращения поворотного узла. Кроме того, в одном из горизонтальных ярусов опорных решеток от оси их вертикальной симметрии и в подветренную сторону установлены плоские ориентирующие элементы, выступающие за контур базовой конструкции. Использование изобретения обеспечит получение электроэнергии большой промышленной мощности, при улучшении самоориентации устройства на ветер и условий работы поворотного узла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам балансировки ветроколес вертикально-осевых ветроэнергетических установок. Способ балансировки ветроколеса ветрикально-осевой ветроэнергетической установки, состоящего из ступицы и кольца с закрепленными на нем в два яруса лопастями, характеризуется тем, что балансировку проводят в следующей последовательности: комплектуют лопасти ветроколеса так, чтобы значения массы лопастей в каждом ярусе отличались между собой не более 0,15%, ступице придают горизонтальное положение относительно оси вращения, к оси ступицы присоединяют технологические штанги, полученную сборку поднимают и устанавливают штангами на подставки, на ступице устанавливают кольцо крепления лопастей, на ось ступицы устанавливают виброгенератор и при работающем виброгенераторе подбором по массе и установкой грузов балансировку производят в три этапа, вначале балансируют с кольцом крепления лопастей, затем - с присоединенными лопастями верхнего яруса, а затем - с присоединенными лопастями нижнего яруса так, чтобы на каждом этапе при придании вращения «от руки» сборка могла останавливаться в любом положении от 0 до 360°, при этом каждый этап балансировки заканчивается установкой и закреплением балансировочных грузов определенного веса и в нужном месте. Патентуемый способ балансировки ветроколеса производится без использования балансировочного станка на собственной (штатной) подшипниковой опоре и при отсутствии трения покоя. Изобретение позволяет балансировать ветроколеса без использования балансировочного станка. 6 ил.

Группа изобретений относится к ветроэнергетическим установкам. Ветровой энергетический модуль, содержащий вертикальную центростремительную турбину, электрогенератор, связанный с турбиной с профилированными лопастями, размещенной внутри неподвижного соплового направляющего аппарата, выполненного с верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти. Сопловой направляющий аппарат снабжен в своей верхней части подшипниковой опорой для установки турбины и электрогенератора, а в нижней части снабжен профилированным выходным устройством для выхода отработанного воздушного потока, сообщающимся с внутренним пространством турбины, снабженной в верхней своей части отражателем. Сопловой направляющий аппарат снабжен кольцевым кронштейном, закрепленным наружным фланцем на корпусе соплового аппарата и несущим внутри полку для установки осесимметричного пространственного кронштейна, несущего корпус статора с сердечником электрогенератора и диск подшипникового узла с установленным в нем фланцем крепления турбины. Турбина снабжена на своем верхнем торце диском, связанным с фланцем крепления турбины и несущим кольцевой ротор электрогенератора с постоянными магнитами, расположенный в пространстве между подшипниковой опорой и корпусом статора. Энергетическая установка для производства переменного электрического тока, содержащая основание, промежуточную опору, вертикальную силовую конструкцию с установленными ветровыми энергетическими модулями, каждый из которых содержит электрогенератор, связанный с турбиной с профилированными лопастями, размещенной внутри неподвижного соплового направляющего аппарата, выполненного с верхним и нижним основаниями, к которым прикреплены направляющие лопасти, оборудование для накопления электроэнергии, управления и распределения. Ветровые энергетические модули установлены на консолях горизонтальных площадок, закрепленных на вертикальной силовой раме. Каждый модуль выполнен с сопловым направляющим аппаратом, снабженным в своей верхней части подшипниковой опорой для установки турбины и электрогенератором, а в нижней части профилированным выходным устройством для выхода отработанного воздушного потока, сообщающимся с внутренним пространством турбины, снабженной в верхней своей части отражателем. Группа изобретений позволяет повысить коэффициент использования энергии ветра при малых ветровых нагрузках и увеличить выходную мощность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектрических станциях высокой мощности. Ветроэлектростанция, включающая модуль, содержит смонтированную в подшипниковых опорах, верхней и нижней, вертикальную ось с лопастями, платформу, смонтированную на опорах, на платформе закреплена нижняя подшипниковая опора вертикальной оси, установлен прикрывающий часть лопастей от воздействия ветра дуговой экран с по меньшей мере одним опорным колесом, сообщенным трансмиссией с двигателем, осесимметричную поверхность, взаимодействующую с колесом. Дуговой экран снабжен автоматической системой угловой ориентации по сигналам датчика параметров ветра. Вертикальная ось модуля кинематически связана с валом электрогенератора. На опорах закреплена вторая платформа модуля, на которой смонтирована верхняя подшипниковая опора вертикальной оси, и осесимметричная поверхность, взаимодействующая с по меньшей мере одним опорным колесом экрана, обеспечивающим угловое перемещение дугового экрана от двигателя. На верхней платформе закреплены на опорах ярусами дополнительные модули, при этом верхняя платформа нижерасположенного модуля служит нижней платформой вышерасположенного модуля, а вертикальные оси модулей кинематически соединены. Изобретение обеспечит повышение мощности при работе в автоматическом режиме с высоким коэффициентом использования ветровой энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Конструкция лопасти включает в себя каркас ветряной лопасти, валы ветряной лопасти, предусмотренные в каркасе ветряной лопасти, подвижные лопасти и стопоры лопастей. Стопоры лопастей являются выступающими элементами на каркасе лопасти или валу лопасти для блокирования подвижных лопастей, чтобы подвижные лопасти не могли вращаться, когда подвижные лопасти вращаются в положении, где они перекрываются с каркасом ветряной лопасти. Площади двух участков подвижной лопасти с обеих сторон вала ветряной лопасти не равны между собой. Также раскрыто устройство выработки энергии ветра, содержащее, по меньшей мере, один механизм ветряного колеса, который вращается вокруг вращающегося вала. Механизм ветряного колеса включает в себя, по меньшей мере, одну конструкцию лопасти. Устройство ветрогенератора и конструкция лопасти могут выдерживать нагрузку от воздействия сильного ветра без повреждения. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии среднескоростных ветров в условиях континентального климата. Поливиндротор включает в себя несущую мачту, заканчивающуюся наверху поворотным узлом, от которого отходят в подветренную сторону горизонтальные платформы, стянутые вертикальными стойками в обойму, содержащую виндроторы, выставленные клином на ветер, и хвостовые оперения. Устройство с наветренной стороны от мачты имеет дополнительную вертикальную стойку со стационарно установленным на ее вершине стреловым грузоподъемным краном. Вся подвижная часть сбалансирована относительно оси поворота на ветер при помощи противовесов, которые одеты на упомянутую дополнительную стойку и подветренные стойки, равноудаленные от поворотного узла. Устройство снабжено защитной сеткой, прикрепленной к внешним кромкам горизонтальных платформ. Изобретение направленно на независимое от специальной техники обслуживание и ремонт основного оборудования, повышение надежности узла ориентации поливиндротора на ветер, безопасную эксплуатацию. 3 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторным установкам. Ветродвигатель содержит направляющий элемент и два лопастных ротора с вертикальными валами и лопастями, размещенными с образованием между внутренними лопастями зоны перекрытия. В него дополнительно введены верхние роторы, валы которых соединены с вертикальными валами лопастных роторов угловыми передачами. Валы верхних роторов установлены с наклоном в центральную часть ветродвигателя и с размещением их внутренних лопастей в зоне перекрытия лопастей нижних роторов. Изобретение обеспечивает улучшение энергетических показателей путем уменьшения площади лопастей при движении их против ветра. 7 ил.
Наверх